Fizyka Pogody i Klimatu Wykład 6 Krzysztof Markowicz Instytut Geofizyki Uniwersytet Warszawski kmark@igf.fuw.edu.pl
Kompensacja wychładzania radiacyjnego poprzez: Radiacyjne chłodzenie atmosfery ok. 100 W/m2 1K/dobę Kompensacja wychładzania radiacyjnego poprzez: - konwekcję (strumień ciepła odczuwalnego oraz utajonego) - wielkoskalowe osiadanie
Nierównomierny rozkład bilansu radiacyjnego na ziemi Średnia roczna wartość energii promieniowania słonecznego absorbowanego przez układ Ziemia-Atmosfera, energia emitowane (promieniowanie długofalowe) oraz ich wartość netto (Hartmann 1994). Średnia roczna wartość energii transportowanej w kierunku północnym potrzebna do zrównoważenia bilansu radiacyjnego pomiędzy równikiem a biegunem. Linia ciągła oznacza bilans radiacyjny na szczycie atmosfery, linia przerywana w atmosferze zaś kropkowana w oceanie (Zhang Rossow, 1997) .
Meridional temperature January temperature contours at 120o East
Upper tropospheric jet January zonal wind contours at 120o East
Zonal variation of jet
Zonal variation of jet
Zonal variation of jet
Globalna cyrkulacja atmosferyczna
Globalna cyrkulacja oceaniczna
Cyrkulacja termohalinowa
Cyrkulacja południkowa
Cyrkulacja strefowa w strefie równikowej Pacyfiku – cyrkulacja Walkera
MJO – Oscylacja Maddena-Juliana
Cyrkulacja Monsunowa
Równania ruchu w atmosferze Równania pędu na obracającej się Ziemi opis Eulera i Langrange’a: Metoda Eulera na określeniu właściwości powietrza jako funkcji położenia w przestrzeni i czasu. Podstawową wielkością charakteryzującą ruch powietrza jest prędkość V , która zależy od położenia i czasu: Opis tą metodą można uznać za obraz przestrzennego rozkładu prędkości powietrza w każdej chwili podczas jego ruchu. Oczywiście jeśli skupimy uwagę na określonym elemencie objętości, to powietrze, które wypełnia ten element, będzie się nieustannie zmieniało. Metoda Lagrange’a traktuje powietrze jako zbiór małych cząstek. Prędkość każdej cząstki jest funkcją czasu. Metoda ta opisuje historię ruchu każdej cząstki powietrza w atmosferze. Niestety nie da się nią w prosty sposób wyznaczyć przestrzennych gradientów prędkości, niezbędnych do określenia oddziaływań między cząstkami, natomiast stosunkowo łatwo jest śledzić ruch każdej cząstki.
Governing Equations Mass continuity in Eulerian approach: consider the flow of mass in and out of a control volume
This [in brackets] equals ZERO, hence....
Navier-Stokes equation This is an extremely good approximation for most liquids and gases. The momentum equation becomes: kinematic viscosity, ν=μ/ρ, ν~(mean free path)*(mean molecular velocity)
Na obracającej się ziemi przyspieszenie Coriolia przyspieszenie związane z gradientem ciśnienia pochodna substancjalna
Analiza skali równań ruchu w atmosferze U ~ 10m/s - skala prędkości horyzontalnej W ~ 1 cm/s - skala prędkości pionowej L ~ 106 m - skala długości - 1000 km D ~ 104 m - skala głębokości - 10 km dP/ ~ 103 m2s-2 - horyzontalna skala fluktuacji ciśnienia L U ~ 105 s - skala czasu Przybliżenie geostroficzne W przypadku składowej horyzontalnej ruchu dominujące są 2 człony równania N-S: siła Coriolisa i gradient ciśnienia
Wiatr geostroficzny Równania progostyczne
vertical velocity component gravity acceleration Let's consider situation with negligible viscosity and important gravity. Let's focus on a vertical component of the momentum equation (along gravity acceleration). vertical velocity component gravity acceleration in static situation (no motion) vertical pressure gradient is balanced by gravity acceleration, this is condition for hydrostatic balance:
Rozwój ośrodków barycznych w średnich szerokościach geograficznych
Adwekcja ciepła na zaburzeniu frontu polarnego
Norwegian model: instability on polar front Frontal designations arise from Norwegian cyclone model introduced after world war I and have basis in military terminology, The polar air attacks southwards (the cold front). The warmer air counterattacks northwards (the warm front). The occluded front develops when the cold front makes a sharp turn and attacks the warm air in its flank and ultimately the two fronts merge with warm air rising above the colder, surface-based air. Norwegian model: instability on polar front